DE102014207675A1 - valve assembly - Google Patents

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Siegfried Brünner
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem Stetigventil (1) und einer in einem Gehäuse (2) des Stetigventils (1) untergebrachten Steuerkammer mit einer Zuleitung und eine Ableitung für ein Fluid sowie einen um eine Drehachse (d) verdrehbar aufgenommenen, elektrisch drehangetriebenen Drehschieber (9) mit zumindest einem, in einen Durchflussquerschnitt der Steuerkammer eindrehbaren Öffnungsquerschnitt und einer zwischen der Steuerkammer und dem Drehschieber (9) axial abdichtenden Dichtung. Um eine derartige Ventilanordnung flach ausbilden zu können und auf dynamische Dichtungen verzichten zu können, sind in der Steuerkammer zumindest zwei von einer Steuereinrichtung gesteuerte, voneinander getrennte, in Umfangsrichtung der Drehachse (d) beabstandete, in permanentem Dreheingriff mit dem Drehschieber (9) befindliche Schrittmotoren (10, 11) mit jeweils einem Rotor (16, 17) und einem zumindest eine Wicklung (21, 22) aufweisenden Stator (18, 18a) vorgesehen.The invention relates to a valve arrangement having a continuous valve (1) and a control chamber accommodated in a housing (2) of the continuous valve (1) with a supply line and a discharge for a fluid and an electrically rotating rotary valve (2) rotatably received about an axis of rotation (d). 9) with at least one, in a flow cross section of the control chamber rotatable opening cross-section and between the control chamber and the rotary valve (9) axially sealing gasket. In order to be able to form such a valve arrangement flat and to be able to dispense with dynamic seals, are in the control chamber at least two controlled by a control device, separated from each other in the circumferential direction of the rotation axis (d) spaced, in permanent rotational engagement with the rotary valve (9) located stepper motors (10, 11) each having a rotor (16, 17) and a at least one winding (21, 22) having stator (18, 18a) is provided.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem Stetigventil und einer in einem Gehäuse des Stetigventils untergebrachten Steuerkammer mit einer Zuleitung und eine Ableitung für ein Fluid sowie einen um eine Drehachse verdrehbar aufgenommenen, elektrisch drehangetriebenen Drehschieber mit zumindest einem, in einen Durchflussquerschnitt der Steuerkammer eindrehbaren Öffnungsquerschnitt und einer zwischen der Steuerkammer und dem Drehschieber axial abdichtenden Dichtung.The invention relates to a valve arrangement having a continuous valve and a control chamber housed in a housing of the continuous valve with a supply line and a discharge for a fluid and a rotatably received about a rotational axis, electrically rotary rotary valve with at least one, in a flow cross-section of the control chamber rotatable opening cross-section and a between the control chamber and the rotary valve axially sealing seal.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Zur Steuerung von Volumenströmen von hydraulischen Kreisläufen, beispielsweise Kühlkreisläufen in Verbrennungsmotoren und dergleichen werden an den Verwendungszweck angepasste Ventile, beispielsweise Ein- oder Mehrwegventile in den Kreislauf geschaltet, um Fluidströme zu drosseln, zu verzweigen oder umzuschalten. Hierbei erfolgt in sogenannten Stetigventilen eine stetige Änderung des Fluidstroms, indem entsprechende Steuerschieber beispielsweise von einem Elektromotor kontinuierlich verlagert werden, so dass Zuleitungen und Ableitungen sukzessive und nicht schlagartig geöffnet oder geschlossen werden. Aus der DE 43 14 581 A1 ist ein gattungsgemäßes Stetigventil bekannt. Um die elektrische Betriebsquelle wie Magnetschalter oder Elektromotor gegenüber der Steuerkammer mit dem Steuerschieber abzudichten, sind dynamische Dichtungen vorgesehen.For controlling volumetric flows of hydraulic circuits, for example cooling circuits in internal combustion engines and the like, valves adapted to the intended use, for example single- or multi-way valves, are connected in the circuit in order to throttle, branch or switch fluid flows. Here, in continuous valves, a continuous change in the fluid flow takes place, in that corresponding control slides are continuously displaced, for example, by an electric motor, so that supply lines and discharges are opened or closed successively and not abruptly. From the DE 43 14 581 A1 is a generic continuous valve known. In order to seal the electrical operating source such as magnetic switch or electric motor relative to the control chamber with the spool, dynamic seals are provided.

Aus der EP 1 431 634 A1 ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der ein Elektromotor zwei Drehschieber betätigt. Der Elektromotor ist außerhalb eines Querschnitts eines Rohrabschnitts mit dem zu steuernden Fluidquerschnitt angeordnet, so dass zwischen den Drehschiebern und dem Rohrabschnitt dynamische Dichtungen vorzusehen sind.From the EP 1 431 634 A1 a valve arrangement is known in which an electric motor actuates two rotary valves. The electric motor is arranged outside a cross section of a pipe section with the fluid cross section to be controlled, so that dynamic seals are to be provided between the rotary valves and the pipe section.

Desweiteren ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2013 225 781.3 , deren Offenbarungsgehalt hiermit vollständig in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist, ein Stetigventil mit einem innerhalb einer Steuerkammer angeordneten Elektromotor als Nassläufer offenbart, der einen Drehschieber antreibt. Furthermore, in the not previously published German Patent Application No. 10 2013 225 781.3 , the disclosure of which is hereby incorporated in full in the present application, discloses a continuous valve with a disposed within a control chamber electric motor as a wet rotor, which drives a rotary valve.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung einer Ventilanordnung mit flachem Bauraum und einer kostengünstigen und verschleißfesten Ausbildung der Dichtungen.The object of the invention is the advantageous development of a valve assembly with a flat space and a cost and wear-resistant design of the seals.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.The object is solved by the subject matter of claim 1. The dependent of the claim 1 claims give advantageous embodiments of the subject matter of claim 1 again.

Die vorgeschlagene Ventilanordnung kann der proportionalen Absperrung von Fluidströmen wie Gas- oder Flüssigkeitsströmen dienen. Insbesondere kann eine Verwendung der vorgeschlagenen Ventilanordnung in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein.The proposed valve arrangement can serve the proportional shut-off of fluid streams such as gas or liquid streams. In particular, a use of the proposed valve arrangement may be provided in a cooling circuit of an internal combustion engine.

Die Ventilanordnung enthält ein Stetigventil wie Proportionalventil, welches abhängig von einer vorgegebenen Sollgröße proportional einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt einstellt. Hierzu verfügt das Stetigventil über ein Gehäuse mit einer Steuerkammer mit einer Zuleitung, an der das Fluid in Fließrichtung der Steuerkammer zugeführt wird. An einer Ableitung wird der durch das Steigventil geregelte Fluidstrom wieder aus der Steuerkammer abgeführt. The valve assembly includes a proportional valve such as proportional valve, which adjusts proportional to a predetermined target size a corresponding opening cross-section. For this purpose, the continuous valve has a housing with a control chamber with a supply line, at which the fluid is supplied in the direction of flow of the control chamber. At a derivative of the controlled by the riser valve fluid flow is discharged from the control chamber again.

Die Steuerung des Fluidstroms erfolgt mittels eines elektrisch drehangetriebenen, um eine Drehachse verdrehbaren Drehschiebers. Der Drehschieber weist hierbei zumindest einen in einen Durchflussquerschnitt der Steuerkammer eindrehbaren Öffnungsquerschnitt auf. Beispielsweise können mehrere über den Umfang des Drehschiebers vorgesehene Öffnungsquerschnitte vorgesehen sein, die dieselbe oder unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen, so dass jeweils zu einer Öffnung des Stetigventils kleine Drehwinkel, beispielsweise bei drei Öffnungsquerschnitten 60° zwischen der geöffneten und geschlossenen Position des Steigventils ausreichend sind. In bevorzugter Weise wird ein einziger Öffnungsquerschnitt vorgesehen, so dass zwischen geöffneter und geschlossener Position der Drehschieber um einen Drehwinkel von 180° verdreht wird und eine entsprechend große Querschnittsfläche erzielt werden kann. Der Drehschieber ist an der der Druckseite des Fluids gegenüber liegenden Seite gegenüber der Steuerkammer mittels einer axial abdichtenden Dichtung abgedichtet. Die Dichtung hat die Funktion einer statischen Dichtung im geschlossenen Zustand des Stetigventils. Die Dichtung ist bevorzugt verdrehgesichert an dem Gehäuse befestigt. In weiteren Ausführungsformen kann die Dichtung fest an dem Drehschieber aufgenommen sein und gegen eine Dichtfläche des Gehäuses abdichten. Der Fluiddruck wirkt auf die Dichtleistung verstärkend. Die Dichtung ist als statische Dichtung wenig verschleißbehaftet.The control of the fluid flow by means of an electrically rotary driven, rotatable about a rotational axis rotary valve. In this case, the rotary valve has at least one opening cross section which can be screwed into a flow cross section of the control chamber. For example, a plurality of opening crosssections provided over the circumference of the rotary valve may be provided, which have the same or different cross-sectional areas, so that small rotational angles, for example at three opening cross-sections 60 ° between the open and closed positions of the ascending valve, are sufficient for each opening of the continuous valve. Preferably, a single opening cross-section is provided, so that between the open and closed positions of the rotary valve is rotated by a rotation angle of 180 ° and a correspondingly large cross-sectional area can be achieved. The rotary valve is sealed at the pressure side of the fluid opposite side relative to the control chamber by means of an axially sealing seal. The seal has the function of a static seal in the closed state of the continuous valve. The seal is preferably secured against rotation secured to the housing. In further embodiments, the seal may be firmly received on the rotary valve and seal against a sealing surface of the housing. The fluid pressure has an effect on the sealing performance. The seal is little subject to wear as a static seal.

Der elektrische Antrieb des Drehschiebers erfolgt mittels zumindest zweier von einer Steuereinrichtung gesteuerter Schrittmotoren. Diese Schrittmotoren sind in der Steuerkammer als Nassläufer aufgenommen, so dass dynamische Dichtungen entfallen. Die Schrittmotoren sind voneinander magnetisch getrennt und in Umfangsrichtung der Drehachse des Drehschiebers beabstandet. Jeder Schrittmotor befindet sich in permanentem Dreheingriff mit dem Drehschieber. Die Schrittmotoren weisen jeweils einen mit dem Drehschieber in Dreheingriff befindlichen Rotor und einen mit zumindest einer Wicklung versehenen Stator auf. Hierbei treiben die Rotoren im bestromten Zustand des jeweiligen Schrittmotors den Drehschieber um die Drehachse an und werden im nicht bestromten Zustand des zugehörigen Stators bei Verdrehung des Drehschiebers mittels eines anderen, bestromten Schrittmotors angetrieben.The electric drive of the rotary valve is effected by means of at least two controlled by a control device stepper motors. These stepper motors are in the control chamber as wet runners absorbed, so that dynamic seals omitted. The stepper motors are magnetically separated from each other and spaced in the circumferential direction of the rotational axis of the rotary valve. Each stepper motor is in permanent rotary engagement with the rotary valve. The stepper motors each have a rotor in rotary engagement with the rotary valve and a stator provided with at least one winding. In this case, the rotors drive in the energized state of the respective stepping motor, the rotary valve about the axis of rotation and are driven in the non-energized state of the associated stator upon rotation of the rotary valve by means of another energized stepping motor.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann daher zumindest ein bestromter Schrittmotor, bevorzugt ein einziger Schrittmotor den Drehschieber antreiben und zumindest ein anderer, nicht bestromter Schrittmotor, bevorzugt ein einziger Schrittmotor infolge seines Dreheingriffs mit dem Drehschieber eine induktiv erzeugte Größe zur Ermittlung einer Winkelposition des Drehschiebers erzeugen. Infolge der induktiven Erzeugung einer Spannung in einer Wicklung des Stators mittels des sich drehenden Motors kann in der Steuereinrichtung beispielsweise durch Auswertung einer verglichen mit der Anzahl der Verdrehschritte des bestromten Schrittmotors erfassten Anzahl der induzierten Spannungen der Verdrehwinkel verifiziert werden. In a preferred embodiment, therefore, at least one energized stepper motor, preferably a single stepper motor, can drive the rotary valve and at least one other non-energized stepper motor, preferably a single stepper motor, can generate an inductively generated quantity to determine an angular position of the rotary valve due to its rotary engagement with the rotary valve. As a result of the inductive generation of a voltage in a winding of the stator by means of the rotating motor can be verified in the control device, for example, by evaluating a detected compared with the number of Verdrehschritte the energized stepping motor number of induced voltages of the angle of rotation.

Abhängig von einer aufzuwendenden Kraft, beispielsweise zum Öffnen des Steigventils bei maximal anliegender Haftreibung des Drehschiebers gegenüber der Dichtung können zur Verdrehung des Drehschiebers zumindest zwei, bevorzugt alle beziehungsweise bei bevorzugter Ausbildung mit zwei Schrittmotoren beide Schrittmotoren bestromt sein. Depending on a force to be applied, for example, to open the riser valve at maximum applied static friction of the rotary valve relative to the seal can be energized to rotate the rotary valve at least two, preferably all or in a preferred embodiment with two stepper motors both stepper motors.

Es ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, die Schrittmotoren in beide Drehrichtungen der Rotoren zu betreiben, so dass der Drehschieber in beide Drehrichtungen um die Drehachse verdreht werden kann. Durch entsprechende Aufteilung von Wicklungen auf dem Stator, beispielsweise einen mittigen Zugriff auf die Wicklungen kann eine Drehrichtung der Schrittmotoren mit einer unipolaren Bestromung erzielt werden. Es hat sich jedoch zur Vereinfachung der Wicklungen als vorteilhaft erwiesen, die Steuereinrichtung auf einen bipolaren Betrieb der Schrittmotoren einzurichten.It is advantageously provided to operate the stepper motors in both rotational directions of the rotors, so that the rotary valve can be rotated in both directions of rotation about the axis of rotation. By appropriate division of windings on the stator, for example, a central access to the windings, a direction of rotation of the stepper motors can be achieved with a unipolar energization. However, it has proven to be advantageous for simplifying the windings to set up the control device for bipolar operation of the stepper motors.

Der Drehschieber kann an zumindest einer Verdrehposition, bevorzugt in einer geöffneten Position des Stetigventils bei fluchtendem Durchflussquerschnitt mit dem zumindest einen Öffnungsquerschnitt einen Anschlag gegenüber dem Gehäuse aufweisen, der bevorzugt nur in eine Drehrichtung des Drehschiebers wirksam ist. Der Drehschieber kann hierzu eine beispielsweise radial erweiterte Nase aufweisen, die an dem Anschlag in eine Drehrichtung anschlägt. Der Anschlag kann federbelastet und entgegen der Wirkung einer Feder radial einschwenken, so dass der Anschlag in eine Richtung gegenüber der Nase als Anschlag wirksam ist und in der anderen Drehrichtung durch Einschwenken von der Nase überfahren wird. Der Anschlag kann als Referenzanschlag ausgebildet sein, an dem beispielsweise bei nicht ausreichender Erfassung der Winkelposition des Drehschiebers bei beiden bestromten Schrittmotoren die Winkelposition anhand geänderter elektrischer Größen der bestromten Schrittmotoren am Anschlag der Drehwinkel erfasst und neu kalibriert wird. Beispielsweise kann eine derartige elektrische Größe als ein ansteigender Strom oder eine abfallende Spannung zum Betrieb eines Schrittmotors vorgesehen sein. The rotary valve may have at least one rotational position, preferably in an open position of the continuous valve in aligned flow cross-section with the at least one opening cross-section a stop against the housing, which is preferably effective only in one direction of rotation of the rotary valve. For this purpose, the rotary valve can have, for example, a radially enlarged nose which abuts the stop in a direction of rotation. The stop can spring-loaded and pivot against the action of a spring radially, so that the stop is effective in a direction opposite to the nose as a stop and is run over in the other direction by swiveling from the nose. The stop can be designed as a reference stop, at which, for example, in the case of insufficient detection of the angular position of the rotary valve in both energized stepper motors, the angular position is detected and recalibrated using modified electrical variables of the energized stepper motors at the stop of the rotation. For example, such an electrical quantity may be provided as an increasing current or a decreasing voltage for operating a stepping motor.

Die Drehanbindung der Rotoren an dem Drehschieber erfolgt bevorzugt mittels einer Verzahnung mit einer an dem Drehschieber vorgesehenen Außenoder Innenverzahnung, mit welchen die Ritzel der Schrittmotoren kämmend verbunden sind.The rotational connection of the rotors to the rotary valve is preferably carried out by means of a toothing with an opening provided on the rotary valve outer or internal toothing, with which the pinion of the stepper motors are connected in mesh.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Ventilanordnung ist das Gehäuse des Steigventils in einen Gehäusekörper und in einen Gehäusedeckel aufgeteilt. Hierbei sind in dem Gehäusedeckel Zapfen zur Aufnahme der Rotorwellen der Schrittmotoren vorgesehen. Die Rotorwellen der Rotoren sind dabei jeweils in dem Gehäusekörper und in dem Gehäusedeckel gelagert. Die Statoren mit ihren die Wicklungen aufnehmenden Jochen sind in dem Gehäusekörper untergebracht.In an advantageous embodiment of the valve arrangement, the housing of the riser valve is divided into a housing body and a housing cover. In this case, pins are provided for receiving the rotor shafts of the stepper motors in the housing cover. The rotor shafts of the rotors are in each case mounted in the housing body and in the housing cover. The stators with their windings receiving yokes are housed in the housing body.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird anhand des in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is based on the in 1 to 3 illustrated embodiment illustrated. Showing:

1 ein Stetigventil der vorgeschlagenen Ventilanordnung in Ansicht, 1 a continuous valve of the proposed valve arrangement in view,

2 einen Schnitt durch das Stetigventil der 1 entlang der Schnittlinie A-A und 2 a section through the continuous valve the 1 along the section line AA and

3 ein Schaltbild einer Steuereinrichtung der Ventilanordnung. 3 a circuit diagram of a control device of the valve assembly.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

Die 1 und 2 zeigen in der Gesamtschau das Stetigventil 1 einer nicht komplett dargestellten Ventilanordnung in schematischer Darstellung in Ansicht (1) und im Schnitt entlang der Schnittlinie A-A (2). Das Stetigventil 1 enthält das aus dem Gehäusekörper 3 und dem Gehäusedeckel 4 gebildete Gehäuse 2, an dem die nur angedeutete Zuleitung 5 und Ableitung 6 zur Zufuhr eines Fluids, insbesondere Kühlmittel eines Kühlsystems eines Verbrennungsmotors in Richtung des Pfeils 7 und dessen Abführung befestigt sind. Das Gehäuse 2 bildet die Steuerkammer 8, in der der Drehschieber 9 und die Schrittmotoren 10, 11 untergebracht sind, so dass nach außen auf dynamische Dichtungen und Durchführungen verzichtet werden kann.The 1 and 2 show in the overall view of the continuous valve 1 a not completely shown valve assembly in a schematic representation in view ( 1 ) and in section along the section line AA ( 2 ). The continuous valve 1 contains this from the housing body 3 and the housing cover 4 formed housing 2 at which the only indicated supply line 5 and derivative 6 for the supply of a Fluids, in particular coolant of a cooling system of an internal combustion engine in the direction of the arrow 7 and its discharge are fixed. The housing 2 forms the control chamber 8th in which the rotary valve 9 and the stepper motors 10 . 11 are accommodated, so that can be dispensed to the outside on dynamic seals and bushings.

Der Drehschieber 9 ist um die Drehachse d verdrehbar mittels der Welle 12 aufgenommen und weist den Öffnungsquerschnitt 13 auf, der in bevorzugter Weise dieselbe oder eine angenäherte Form des Durchflussquerschnitts 14 des Gehäuses 2 aufweist. Zwischen dem Drehschieber 9 und dem Gehäusedeckel 4 ist die verdrehgesichert an dem Gehäusekörper 3 aufgenommene Dichtung 15 vorgesehen, die bei geschlossenem Stetigventil 1 unterstützt durch den Druck des Fluids die Zuleitung 5 gegenüber der Ableitung 6 stationär abdichtet. The rotary valve 9 is rotatable about the axis of rotation d by means of the shaft 12 taken and has the opening cross-section 13 on, preferably the same or an approximate shape of the flow cross-section 14 of the housing 2 having. Between the rotary valve 9 and the housing cover 4 is the secured against rotation on the housing body 3 recorded seal 15 provided with the continuous valve closed 1 supports the supply line by the pressure of the fluid 5 opposite the derivative 6 stationary seals.

Die Schrittmotoren 10, 11 sind in Umfangsrichtung der Drehachse d in einem vorgegebenen Winkel zueinander beabstandet und magnetisch voneinander gekoppelt. Die Schrittmotoren 10, 11 sind aus den Rotoren 16, 17 und den Statoren 18, 18a mit den Jochen 19, 20 und den um diese angeordneten Wicklungen 21, 22 gebildet. Die Rotoren 16, 17 sind in dem Gehäuse 2 verdrehbar aufgenommen und kämmen mittels Verzahnungen 23, 24 mit dem Drehschieber 9, sind also drehschlüssig mit diesem verbunden. Die Statoren 18, 18a sind in dem Gehäusekörper 3 fest aufgenommen.The stepper motors 10 . 11 are spaced apart in the circumferential direction of the rotation axis d at a predetermined angle and magnetically coupled from each other. The stepper motors 10 . 11 are from the rotors 16 . 17 and the stators 18 . 18a with the yokes 19 . 20 and the windings arranged around them 21 . 22 educated. The rotors 16 . 17 are in the case 2 rotatably received and combing by means of teeth 23 . 24 with the rotary valve 9 , are thus rotationally connected to this. The stators 18 . 18a are in the housing body 3 firmly recorded.

Der Drehschieber 9 weist die Nase 25 auf, die bei einer Verdrehung des Drehschiebers im Uhrzeigersinn an dem radial federbeaufschlagten Anschlag 26 anschlägt und bei Verdrehung des Drehschiebers 9 gegen den Uhrzeigersinn den Anschlag überfährt.The rotary valve 9 shows the nose 25 on, in a rotation of the rotary valve clockwise to the radially spring-loaded stop 26 strikes and turning the rotary valve 9 counterclockwise passes over the stop.

Hieraus ergeben sich für das im geschlossenen Zustand darstellte Stetigventil 1 folgende Betriebsmöglichkeiten: Im geschlossenen Zustand des Stetigventils 1 sind die Kräfte wie Verdrehkräfte des Drehschiebers 9 aufgrund der Haftreibung der Dichtung 15 unter Druckeinfluss des Fluids größer als im geöffneten oder teilgeöffneten Zustand. Abhängig von einer aufzubringenden Kraft zur Verdrehung des Drehschiebers 9 können daher ein oder beide Schrittmotoren 10, 11 von der in 3 gezeigten Steuereinrichtung 27 bestromt werden. Ist die Kraft insbesondere bei geöffnetem oder teilweise durch Überschneidung von Öffnungsquerschnitt 13 und Durchflussquerschnitt 14 geöffnetem Zustand des Stetigventils 1 unterhalb einer vorgegebenen Kraftschwelle, wird nur ein Schrittmotor, beispielsweise Schrittmotor 10 bestromt. Aufgrund der drehschlüssigen Mitnahme des Rotors 17 des Schrittmotors 11 erzeugt dieser induktiv an der Wicklung 22 bei der Verdrehung des Drehschiebers 9 einen von der Winkelgeschwindigkeit, der Drehrichtung und dem Drehwinkel abhängigen Spannungspuls, so dass aus der Anzahl der Schrittimpulse des Schrittmotors 10, der Übersetzung der Verzahnungen 23, 24 die exakte Winkelposition des Drehschiebers 9 gegenüber dem Gehäuse 2 und damit die Stellung von Öffnungsquerschnitt 13 und Durchflussquerschnitt zueinander mit der aktuellen Öffnungs- beziehungsweise Schließposition des Stetigventils 1 in ausreichend geringen Drehwinkelstufen und damit im Wesentlichen kontinuierlich ermittelt werden kann.This results in the continuous valve shown in the closed state 1 The following operating options: In the closed state of the continuous valve 1 are the forces such as torsional forces of the rotary valve 9 due to the stiction of the seal 15 under the influence of pressure of the fluid greater than in the open or partially opened state. Depending on a force to be applied for rotating the rotary valve 9 can therefore use one or both stepper motors 10 . 11 from the in 3 shown control device 27 be energized. Is the force in particular when open or partially by overlapping of opening cross-section 13 and flow area 14 open state of the continuous valve 1 below a predetermined threshold of force, only a stepper motor, such as stepper motor 10 energized. Due to the rotational entrainment of the rotor 17 of the stepper motor 11 this inductively generates on the winding 22 at the rotation of the rotary valve 9 a dependent of the angular velocity, the direction of rotation and the rotation angle voltage pulse, so that from the number of step pulses of the stepping motor 10 , the translation of gears 23 . 24 the exact angular position of the rotary valve 9 opposite the housing 2 and thus the position of opening cross-section 13 and flow cross-section with each other with the current opening or closing position of the proportional valve 1 can be determined in sufficiently small rotational angle stages and thus substantially continuously.

Sollte beispielsweise während des Betriebes des Drehschiebers 9 mit beiden Schrittmotoren 10, 11 oder aus anderen Gründen die ermittelte Winkelposition unzuverlässig sein oder nicht zur Verfügung stehen, kann die Nase 25 an den Anschlag 26 gefahren werden, so dass eine absolute Winkelposition ermittelt werden kann, indem beispielsweise der Strom oder die Spannung eines bestromten Schrittmotors 10, 11 ausgewertet wird. An dem Anschlag 26 steigt beispielsweise der Strom oder fällt die Spannung des bestromten Schrittmotors. Zusätzlich kann am nicht bestromten Schrittmotor eine induzierte Spannung ausbleiben.Should, for example, during operation of the rotary valve 9 with both stepper motors 10 . 11 or for other reasons the determined angular position may be unreliable or unavailable, the nose may 25 to the stop 26 be driven, so that an absolute angular position can be determined by, for example, the current or voltage of a powered stepping motor 10 . 11 is evaluated. At the stop 26 For example, the current increases or the voltage of the energized stepping motor drops. In addition, an induced voltage can be omitted on the non-energized stepper motor.

Das in 3 gezeigte Schaltbild gibt die Schaltung der Steuereinrichtung 27 zur Beschaltung, Steuerung und Regelung der Schrittmotoren 10, 11 unter Bezug auf die 1 wieder. Die Ansteuerung der Wicklungen 21, 22 der Schrittmotoren 10, 11 erfolgt bipolar mittels einer H-Brücke. Beispielhaft wird eine Ansteuerung der Wicklung 21 beschrieben. Hierzu werden die Treiber 28, 29 aktiviert. In Abhängig von der Stromrichtung über die Wicklung 21 ergibt sich eine Verdrehung des Rotors 16 im oder gegen den Uhrzeigersinn. Der Drehschieber 9 wird dabei in die entgegengesetzte Richtung verdreht. Der AD-Wandler 30 misst dabei über die Schalter 31, 32 die von der Verdrehung des Rotors 17 des Schrittmotors 11 induzierte Spannung an der Wicklung 22. Die Treiber 33, 34 der Wicklung 22 und die Schalter 35, 36 der Wicklung 21 bleiben dabei passiv. Hat sich der Rotor 16 um 90° verdreht, wird die induzierte Spannung an der Wicklung 22 null. Beim nächsten Steuerschritt an dem Schrittmotor 10 kehrt sich die Spannungsentwicklung an der Wicklung 22 um. In entsprechender Weise wird bei angetriebenem Schrittmotor 11 an der Wicklung 22 bei passiven Schaltern 31, 32 über die Treiber 33, 34 die Wicklung 22 bestromt und mittels der Schalter 35, 36 und passiven Treibern 28, 29 die Spannungsentwicklung der am Schrittmotor 10 induzierten Spannung erfasst. Sollen beide Schrittmotoren 10, 11 bestromt werden, sind alle Schalter 31, 32, 35, 36 passiv und die Treiber 28, 29, 33, 34 aktiv. Der Mikroprozessor 37 erfasst die Spannungen der Wicklungen 21, 22 und steuert die Treiber 28, 29, 33, 34 sowie die Schalter 31, 32, 35, 36. Es versteht sich, dass diese in einen entsprechenden Mikroprozessor integriert sein können. This in 3 Shown circuit diagram shows the circuit of the controller 27 for wiring, control and regulation of stepper motors 10 . 11 with reference to the 1 again. The control of the windings 21 . 22 the stepper motors 10 . 11 takes place bipolar by means of an H-bridge. An example is a control of the winding 21 described. This will be the drivers 28 . 29 activated. Depending on the current direction across the winding 21 results in a rotation of the rotor 16 clockwise or counterclockwise. The rotary valve 9 is twisted in the opposite direction. The AD converter 30 measures over the switches 31 . 32 that of the rotation of the rotor 17 of the stepper motor 11 induced voltage on the winding 22 , The drivers 33 . 34 the winding 22 and the switches 35 . 36 the winding 21 stay passive. Has the rotor 16 twisted by 90 °, the induced voltage on the winding 22 zero. At the next control step on the stepper motor 10 the voltage development reverses on the winding 22 around. In the same way is when driven stepper motor 11 on the winding 22 with passive switches 31 . 32 about the drivers 33 . 34 the winding 22 energized and by means of the switch 35 . 36 and passive drivers 28 . 29 the voltage development of the stepper motor 10 induced voltage detected. Shall both stepper motors 10 . 11 All switches are energized 31 . 32 . 35 . 36 passive and the drivers 28 . 29 . 33 . 34 active. The microprocessor 37 detects the voltages of the windings 21 . 22 and controls the drivers 28 . 29 . 33 . 34 as well as the switches 31 . 32 . 35 . 36 , It is understood that these can be integrated into a corresponding microprocessor.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Stetigventil continuous valve
22
Gehäuse casing
33
Gehäusekörper housing body
44
Gehäusedeckel housing cover
55
Zuleitung supply
66
Ableitung derivation
77
Pfeil arrow
88th
Steuerkammer control chamber
99
Drehschieber rotary vane
1010
Schrittmotor stepper motor
1111
Schrittmotor stepper motor
1212
Welle wave
1313
Öffnungsquerschnitt Opening cross-section
1414
Durchflussquerschnitt Flow area
1515
Dichtung poetry
1616
Rotor rotor
1717
Rotor rotor
1818
Stator stator
18a18a
Stator stator
1919
Joch yoke
2020
Joch yoke
2121
Wicklung winding
2222
Wicklung winding
2323
Verzahnung gearing
2424
Verzahnung gearing
2525
Nase nose
2626
Anschlag attack
2727
Steuereinrichtung control device
2828
Treiber driver
2929
Treiber driver
3030
AD-Wandler ADC
3131
Schalter switch
3232
Schalter switch
3333
Treiber driver
3434
Treiber driver
3535
Schalter switch
3636
Schalter switch
3737
Mikroprozessor microprocessor
A-AA-A
Schnittlinie intersection
dd
Drehachse axis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4314581 A1 [0002] DE 4314581 A1 [0002]
  • EP 1431634 A1 [0003] EP 1431634 A1 [0003]
  • DE 102013225781 [0004] DE 102013225781 [0004]

Claims (10)

Ventilanordnung mit einem Stetigventil (1) und einer in einem Gehäuse (2) des Stetigventils (1) untergebrachten Steuerkammer (8) mit einer Zuleitung (5) und einer Ableitung (6) für ein Fluid sowie einem um eine Drehachse (d) verdrehbar aufgenommenen, elektrisch drehangetriebenen Drehschieber (9) mit zumindest einem, in einen Durchflussquerschnitt (14) der Steuerkammer (8) eindrehbaren Öffnungsquerschnitt (13) und einer zwischen der Steuerkammer (8) und dem Drehschieber (9) axial abdichtenden Dichtung (15), dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerkammer (8) zumindest zwei von einer Steuereinrichtung (27) gesteuerte, voneinander getrennte, in Umfangsrichtung um die Drehachse (d) beabstandete, in permanentem Dreheingriff mit dem Drehschieber (9) befindliche Schrittmotoren (10, 11) mit jeweils einem Rotor (16, 17) und einem zumindest eine Wicklung (21, 22) aufweisenden Stator (18, 18a) vorgesehen sind.Valve arrangement with a continuous valve ( 1 ) and one in a housing ( 2 ) of the continuous valve ( 1 ) housed control chamber ( 8th ) with a supply line ( 5 ) and a derivative ( 6 ) for a fluid and a about an axis of rotation (d) rotatably received, electrically rotating rotary valve ( 9 ) with at least one, into a flow cross-section ( 14 ) of the control chamber ( 8th ) rotatable opening cross-section ( 13 ) and one between the control chamber ( 8th ) and the rotary valve ( 9 ) axially sealing gasket ( 15 ), characterized in that in the control chamber ( 8th ) at least two of a control device ( 27 ), spaced, circumferentially about the axis of rotation (d) spaced, in permanent rotational engagement with the rotary valve ( 9 ) located stepper motors ( 10 . 11 ) each with a rotor ( 16 . 17 ) and at least one winding ( 21 . 22 ) having stator ( 18 . 18a ) are provided. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zumindest ein Schrittmotor (10, 11) den Drehschieber antreibt und zumindest ein anderer Schrittmotor (11, 10) infolge seines Dreheingriffs eine induktiv erzeugte Größe zur Ermittlung einer Winkelposition des Drehschiebers (9) erzeugt.Valve arrangement according to claim 1, characterized in that in each case at least one stepping motor ( 10 . 11 ) drives the rotary valve and at least one other stepping motor ( 11 . 10 ) due to its rotational engagement an inductively generated quantity for determining an angular position of the rotary valve ( 9 ) generated. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer aufzuwendenden Kraft zur Verdrehung des Drehschiebers (9) zumindest zwei Schrittmotoren (10, 11) bestromt sind.Valve arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that, depending on a force to be expended for rotating the rotary valve ( 9 ) at least two stepper motors ( 10 . 11 ) are energized. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (27) ein bipolarer Betrieb der Schrittmotoren (10, 11) vorgesehen ist.Valve arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that by means of the control device ( 27 ) a bipolar operation of the stepper motors ( 10 . 11 ) is provided. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer geöffneten Position des Stetigventils (1) bei fluchtendem Durchflussquerschnitt (14) mit dem zumindest einen Öffnungsquerschnitt (13) ein in eine einzige Drehrichtung des Drehschiebers (9) wirksamer Anschlag (26) des Drehschiebers (9) gegenüber dem Gehäuse (2) vorgesehen ist.Valve arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that in an open position of the continuous valve ( 1 ) with aligned flow cross-section ( 14 ) with the at least one opening cross-section ( 13 ) in a single direction of rotation of the rotary valve ( 9 ) effective stop ( 26 ) of the rotary valve ( 9 ) opposite the housing ( 2 ) is provided. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (26) als Referenzanschlag zur Ermittlung der Winkelposition des Drehschiebers (9) vorgesehen ist.Valve arrangement according to claim 5, characterized in that the stop ( 26 ) as a reference stop for determining the angular position of the rotary valve ( 9 ) is provided. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rotoren (16, 17) der Schrittmotoren (10, 11) und dem Drehschieber (9) Verzahnungen (23, 24) vorgesehen sind.Valve arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the rotors ( 16 . 17 ) of the stepper motors ( 10 . 11 ) and the rotary valve ( 9 ) Toothings ( 23 . 24 ) are provided. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in einen Gehäusekörper (3) und in einen Gehäusedeckel (4) aufgeteilt ist, wobei Rotorwellen der Rotoren (16, 17) jeweils in dem Gehäusekörper (3) und in dem Gehäusedeckel (4) gelagert sind und die Statoren (18, 18a) der Schrittmotoren (10, 11) in dem Gehäusekörper (3) untergebracht sind.Valve arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the housing ( 2 ) in a housing body ( 3 ) and in a housing cover ( 4 ), wherein rotor shafts of the rotors ( 16 . 17 ) in each case in the housing body ( 3 ) and in the housing cover ( 4 ) and the stators ( 18 . 18a ) of the stepper motors ( 10 . 11 ) in the housing body ( 3 ) are housed. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (15) verdrehgesichert an dem Gehäuse (2) aufgenommen ist.Valve arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the seal ( 15 ) against rotation on the housing ( 2 ) is recorded. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verwendung in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors. Valve arrangement according to one of claims 1 to 9 for use in a cooling circuit of an internal combustion engine.
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